Tiểu luận môn học thoát nước đô thị

Hệ thống thoát nước chung Là hệ thống trong đó tất cả mọi loại nước thải nước mưa, nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất được dẫn, vận chuyển trong cùng một mạng lưới cống tới trạm x

Câu 1 : Các loại hệ thống thoát nước? Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng?

I Các loại hệ thống thoát nước :

Hệ thống thoát nước là tổ hợp các công trình, thiết bị và các giải pháp kỹ thuật được tổ chức thực hiện nhiệm vụ thoát nước

Tùy thuộc vào hình thức thu gom, vận chuyển, mục đích yêu cầu xử lí và sử dụng nước thải mà người ta phân biệt các hệ thống thoát nước sau :

I.1 Hệ thống thoát nước chung

Là hệ thống trong đó tất cả mọi loại nước thải (nước mưa, nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất) được dẫn, vận chuyển trong cùng một mạng lưới cống tới trạm xử lý hoặc xả ra nguồn tiếp nhận Nhiều trường hợp người ta xây dựng các giếng tràn tách nước mưa tại những điểm cuối của đoạn cống góp nhánh và đầu các cống góp chính để xả ra phần lớn lượng nước mưa của những trận mưa to kéo dài, đổ ra nguồn nước gần đó nhằm giảm bớt kích thước cống và giảm bớt lưu lượng nước thải tới trạm bơm, lên công trình xử lý và toàn bộ nước thải khi không mưa và cả nước mưa đầu trận mưa để xử lý (hình 1)

Hình 1 Sơ đồ hệ thống thoát nước chung

I.2 Hệ thống thoát nước riêng

Là hệ thống có hai hay nhiều mạng lưới: một mạng lưới dùng để vận chuyển nước thải bẩn (như nước thải sinh hoạt) trước khi xả vào nguồn tiếp nhận phải qua xử lý; một mạng lưới khác dùng để vận chuyển nước thải quy ước nước sạch (như nước mưa) có thể xả thẳng vào nguồn tiếp nhận Tùy theo độ nhiễm bẩn, nước thải sản xuất có thể được vận chuyển chung với nước thải sinh hoạt (nếu độ nhiễm bẩn cao) hoặc chung với nước mưa (nếu độ nhiễm bẩn thấp) Nước thải sản xuất có chứa các chất bẩn tương tự như trong nước thải sinh hoạt thì được dẫn chung với nước thải sinh hoạt trong mạng lưới nước thải sinh hoạt nếu nước thải sản xuất có chứa các chất khác với các chất trong nước thải sinh hoạt và không thể xử lý chung với nước thải sinh hoạt được hoặc có chứa chất độc hại (kiềm, axit,…) thì nhất thiết phải được vận chuyển trong một mạng lưới riêng biệt (hình 2)

Trường hợp mỗi loại nước thải được vận chuyển trong hệ thống thoát nước riêng gọi là hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn

GHI CHÚ

1 Mạng lưới thoát nước đường phố

2 Giếng thu nước mưa

3 Cống bao 3’ Cống góp nhánh

4 Giếng tách nước mưa

5 Cửa xả nước mưa

6 Mạng lưới thoát nước của xí nghiệp

7 Cống xả

8 Trạm xử lý nước thải

Khi chỉ có hệ thống cống ngầm để vận chuyển nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất bẩn, còn nước thải sản xuất quy ước sạch và nước mưa cho vận chuyển theo mương, rãnh lỗ thiên đổ trực tiếp vào nguồn tiếp nhận – gọi là hệ thống riêng không hoàn toàn Hệ thống này thường ở giai đoạn trung gian trong quá trình xây dựng hệ thống riêng hoàn toàn

Hình 2 Sơ đồ hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn.

I.3 Hệ thống thoát nước nửa riêng

Là hệ thống trong đó ở những điểm giao nhau giữa hai mạng lưới độc lập, người ta xây dựng giếng tràn – tách nước mưa Tại những giếng này, khi lưu lượng nước mưa ít (giai đoạn đầu của trận mưa của những trận mưa lớn kéo dài) chất lượng nước mưa bẩn, nước mưa sẽ chảy vào mạng lưới thoát nước sinh hoạt, theo cống góp chung dẫn lên trạm xử lý; khi lưu lượng nước mưa lớn (các trận mưa kéo dài, ví dụ, sau 20 phút đầu của những trận mưa lớn), chất lượng tương đối sạch, nước mưa sẽ tràn qua giếng tách theo cống xả ra nguồn tiếp nhận (hình 3)

GHI CHÚ

1 Mạng lưới thoát nước mưa

2 Mạng lưới thoát nước sinh hoạt

3 Cống thu nước thải chính

4 Trạm bơm chính

5 Ống áp lực

6 Xí nghiệp công nghiệp

7 Cống xả nước đã xử lý

Hình 3 Sơ đồ hệ thống thoát nước nửa riêng

II Ưu nhược điểm của các hệ thống thoát nước :

II.1 Ưu điểm của các hệ thống thoát nước:

a Hệ thống thoát nước chung

- Đảm bảo tốt nhất về phương diện vệ sinh, vì toàn bộ phần nước bẩn (nếu không xây dựng giếng tràn tách nước) đều được xử lý trước khi xả vào nguồn tiếp nhận

- Đạt giá trị kinh tế đối với mạng lưới thoát nước các khu nhà cao tầng Vì khi đó tổng chiều dài của mạng lưới tiểu khu và đường phố giảm được 30 – 40% so với hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn; chi phí quản lý mạng lưới giảm 15 – 20%

- Trong đô thị chỉ có một hệ thống thoát nước

b Hệ thống thoát nước riêng\

So với hệ thống thoát nước chung thì có lợi hơn về mặt xây dựng và quản lý:

- Giảm được vốn đầu tư xây dựng đợt đầu

- Chế độ thủy lực làm việc của hệ thống ổn định

- Công tác quản lý duy trì hiệu quả

c Hệ thống thoát nước nửa riêng

Theo quan điểm vệ sinh tốt hơn hệ thống riêng, vì trong thời gian mưa các chất bẩn không xả trực tiếp vào nguồn

II.2 Nhược điểm của các hệ thống thoát nước:

a Hệ thống thoát nước chung

- Đối với những khu vực xây dựng nhà thấp tầng, hệ thống chung có nhiều khuyết điểm chế độ thủy lực làm việc của hệ thống không ổn định Mùa mưa nước chảy đầy cống, có thể gây ngập lụt, nhưng mùa khô khi chỉ có nước thải sinh hoạt và sản xuất (lưu lượng nhỏ hơn nhiều lần so với nước mưa) thì độ đầy và tốc độ dòng chảy nhỏ không đảm bảo điều kiện kỹ thuật, gây lên lắng đọng cặn, làm giảm khả năng chuyển tải… phải tăng số lần nạo vét, thau rửa cống Ngoài ra do nước thải chảy tới trạm bơm, trạm xử lý không điều hòa về lưu lượng và chất lượng, nên công tác điều phối trạm bơm và trạm xử lý trở nên phức tạp, khó đạt hiệu quả mong muốn

- Vốn đầu tư xây dựng ban đầu cao (không có sự ưu tiên trong đầu tư xây dựng) vì chỉ có một hệ thống thoát nước duy nhất

GHI CHÚ

1 Mạng lưới thoát nước mưa

2 Mạng lưới thoát nước SH

3 Cống thu nước thải chính

4 Trạm bơm chính

5 Ống xả nước mưa

6 Xí nghiệp công nghiệp

7 Ống áp lực

8 Trạm xử lý nước thải

9 Cống xả nước đã xử lý

b Hệ thống thoát nước riêng

- Xét về phương diện (lý thuyết) vệ sinh kém hơn so với những hệ thống khác Vì phần chất bẩn trong nước mưa không được xử lý mà xả trực tiếp vào nguồn tiếp nhân, nhất là giai đoạn đầu của mùa mưa hoặc thời gian đầu của các trận mưa lớn, khi công suất của nguồn tăng lên không đáng

kể, điều kiện pha loãng kém, dễ làm cho nguồn bị quá tải bởi chất bẩn

- Tồn tại song song một lúc nhiều hệ thống của công trình, mạng lưới trong đô thị \

- Tổng giá thành xây dựng và quản lý cao

c Hệ thống thoát nước nửa riêng

- Vốn đầu tư xây dựng ban đầu cao, vì phải xây dựng song song 2 hệ thống mạng lưới đồng thời

- Những chỗ giao nhau của hai mạng lưới phải xây dựng giếng tách nước mưa, thường không đạt hiệu quả mong muốn về vệ sinh

III Phạm vi áp dụng các hệ thống thoát nước

III.1 Hệ thống thoát nước chung :

- Phù hợp với giai đoạn đầu xây dựng của hệ thống riêng, trong nhà có xây dựng bể tự hoại

- Phù hợp với những đô thị hoặc khu vực đô thị xây dựng nhà cao tầng:

+ Bên cạnh có nguồn tiếp nhận lớn cho phép xả nước thải vào với mức độ yêu cầu xử lý thấp + Điều kiện địa hình thuận lợi cho thoát nước, hạn chế được số lượng trạm bơm và áp dụng lực bơm

+ Cường độ mưa nhỏ

III.2.Hệ thống thoát nước riêng

- Hệ thống riêng hoàn toàn phù hợp cho những đô thị lớn,xây dựng tiện nghi và cho các xí nghiệp công nghiệp:

+ Có khả năng xả toàn bộ lượng mưa vào nguồn tiếp nhận(nước mặt)

+ Điều kiện địa hình không thuận lợi đòi hỏi phải xây dựng nhiều trạm bơm nước thải khu vực + Cường độ mưa lớn

- Nước thải phải đòi hỏi xử lý sinh hóa

- Hệ thống riêng không hoàn toàn thì phù hợp với những vùng ngoại ô hoặc giai đoạn đầu xây dựng

hệ thống thoát nước của các đô thị

III.3 Hệ thống thoát nước nửa riêng

Hệ thống nửa riêng phù hợp với:

- Những đô thị có dân số>50 000 người

- Nguồn tiếp nhận nước thải trong đô thị công suất nhỏ và không có dòng chảy

- Những nơi có nguồn nước dùng vào mục đích tắm,thể thao

- Khi yêu cầu tăng cường bảo vệ nguồn nước khỏi bị nhiễm bẩn do nước thải mang vào.

Như vậy,mỗi một loại sơ đồ hệ thống thoát nước đều có những ưu khuyết điểm và phạm vi áp dụng hiệu quả.Tùy theo điều kiện cụ thể,tính chất phục vụ lâu dài,ổn định của các công trình,thiết bị trên hệ thống và trên cơ sở so sánh kinh tế- kỹ thuật và vệ sinh mà lựa chọn hệ thống này hay hệ thống kia cho thích hợp

Khi lựa chọn hệ thống thoát nước khu dân cư,trước hết cần xây dựng sơ đồ và xác định vị trí xả nước thải.Nước thải không được xả vào dòng chảy bề mặt trong giới hạn khu dân cư nếu dòng chảy với tốc độ nhỏ hơn 0,05 m/s và lưu lượng nhỏ hơn 1 m3/s;không được xả vào những bãi tắm,hồ nuôi cá ,… nếu không được sự đồng ý của chính quyền địa phương,cơ quan chủ quản và cơ quan kiểm soát vệ sinh

Trong các đô thị lớn(dân số trên 1.000.000 người) có nhiều vùng với mức độ tiện nghi và địa hình khác nhau có thể sử dụng hợp lý hệ thống thoát nước hỗn hợp.Theo số liệu nước ngoài, hệ thống này chiếm khoảng 33-34% tổng số các hệ thống đã xây dựng cho các đô thị.Phần lớn các đô thị lớn trên thế giới được trang bị hệ thống cống chung hoặc hỗn hợp

Hệ thống thoát nước xí nghiệp công nghiệp thường xuyên theo nguyên tắc riêng hoàn toàn.Đối với hệ thống thoát nước mưa cần xét đến khả năng dẫn nước mưa bẩn chất (lượng nước mưa ban đầu của các trận mưa) và nước bề mặt lên công trình xử lý Trên khu vực công nghiệp, có thể tồn tại nhiều mạng lưới: sinh hoạt,sản xuất,nước mưa và các mạng lưới đặc biệt khác (để dẫn nước thải có chứa axit,kiềm,các chất độc hại khác…)

Quy hoạch sơ đồ thoát nước cho hệ thống đã chọn phải tính đến các điều kiện địa phương và khả năng phát triển kinh tế quốc dân của khu vực nhằm đạt được những giải pháp tổ hợp và hiệu quả Trong đó cần phải tính đến những công trình hiện có khả năng tận dụng lại

Sơ đồ thoát nước tổng hợp cùng công nghiệp và dân cư thường được thiết lập với mục đích bảo

vệ và sử dụng nguồn nước hợp lý

Câu 2: Tính toán mạng lưới thoát nước mưa có hồ điều hòa Ví dụ cho tuyến có trên 3 hồ điều hòa.

I Tính toán hệ thống thoát nước mưa có hồ điều hòa.

Trong quy hoạch hệ thống thoát nước mưa người ta rất chú ý tới các ao hồ để điều hòa lượng nước mưa lớn nhằm giảm kích thước, độ sâu chôn cống và công suất của trạm bơm thoát nước mưa.Ngoài ra hồ điều hòa có nhiệm vụ điều tiết,tăng và giảm lưu lượng dòng chảy nước mưa một cách tự nhiên nhằm chống ngập lụt và giảm chi phí xây dựng, mặt khác có thể điều chỉnh lưu lượng

để phục vụ cho các mục đích tưới tiêu sản xuất công nghiệp

Khi tính toán dung tích hồ điều hòa và kích thước các công trình,cần căn cứ vào các số liệu về diện tích, tính chất thoát nước của lưu vực, tài liệu khí hậu,thủy văn,địa chất công trình

Tiêu chuẩn phòng lũ được biểu thị bằng tần suất hay chu kì xuất hiện lưu lượng dòng chảy lớn nhất trong khoảng thời gian nhất định.Phương trình cơ bản để tính toán điều tiết nước mưa như sau:

Q.dt – q dt = F dt= dW (*)

Trong đó: Q: lưu lượng dòng chảy đến hồ ,m³/s

q: lưu lượng dòng chảy đi khỏi hồ ,m³/s

F: diện tích hồ ,m²

W: dung tích hồ ,m³

dt: Thời gian mưa, s

Phương trình (*) có thể viết:

Q.dt – q.dt = dW = W2 -W1 (**)

Trong đó: Q,q : lưu lượng trung bình đến và đi ra khỏi hồ trong thời gian mưa ,m³/s

W: dung tích nước trong hồ lúc trước và sau mưa ,m³

dt :thời gian mưa ,s

Phương trình (*) là phương trình vi phân tương đối phức tạp.Người ta thường dùng phương trình (**) để giải bằng cách lập bảng , biểu đồ hay giản đồ

Đối với những trạm bơm có công suất lớn thì dung tích hồ phải được tính toán căn cứ vào biểu đồ lưu lượng nước mưa và chế độ làm việc của trạm bơm.Đối với những trạm bơm nhỏ hoặc với cống dẫn thì dung tích hồ có thể xác định theo công thức của Makop:

W= K.Q t.t t (***)

Trong đó : Q : lưu lượng vào hồ , m³/s

tt : thời gian tính toán kể từ điểm xa nhất tới hồ , s

K : hệ số biến đổi phụ thuộc vào thời gian chảy từ hồ , có thể xác định

K= (1-δ)1.5 , Q o/Q

HỒ SỐ 1 HỒ SỐ 2 HỒ SỐ 3

Q o : lưu lượng nước mưa không chảy vào hồ

Q:lưu lượng nước mưa tính toán

( các hệ số K và δ có thể tra bảng 8.6 sách “ mạng lưới và công trình trên mạng lưới thoát nước “) Thời gian dòng chảy từ hồ xác định theo công thức:

0,5

0.00016

max

W T

=

µ

Trong đó : W : thế tích của hồ m3

d: đường kính ống dẫn đi

Hmax: chiều cao nước lớn nhất trong hồ

μ : hệ số triết giảm

Lưu lượng trung bình tháo cạn từ hồ có thể xác định theo công thức :

1.74 max ( / )

W

T

Trong trường hợp cống sau hồ thu nhận cả nước thải của lưu vực bản thân thì lưu lượng tính toán xác định theo công thức:

q = q1 + q0 + qtb

Trong đó : q1 : lưu lượng nước mưa của lưu vực bản thân

q0 : lưu lượng nước không xả vào hồ của lưu vực phía trước hồ

qtb : lưu lượng tháo cạn trung bình từ hồ

II: Tính toán hệ thống thoát nước mưa có trên 3 hồ điều hòa

Lưu lượng chảy đến đoạn 0-1

Q 0-1 = ψq1F (m3/s)

Trong đó : ψ : hệ số dòng chảy

F : diện tích lưu vực , ha

q1 : cường độ mưa ,q1 = A/tn ( l/s.ha)

Thể tích dòng chảy đối với 1 đơn vị diện tích lưu vực ứng với thời gian tính toán:

W0 = (60.q1.t1 )/1000 = 0,06 q1.t1 ( m3/ha)

t1 : thời gian mưa tính toán (s)

Do có hồ chứa nên lưu lượng dòng chảy trong cống sẽ giảm đi do diện tích triết giảm của hồ:

F0 = W/W0 (ha)

Trong đó : F0 : diện tích triết giảm của hồ ,ha

W0: thể tích dòng chảy ứng với đơn vị diện tích lưu vực trong thời gian mưa tích toán W: thể tích của hồ

+ Lưu lượng chảy đi từ hồ số 1

q2-3 = μq2(F1 + F2 – F0) (l/s)

Trong đó : μ : hệ số dòng chảy

q2: cường độ mưa

F1,F2: diện tích lưu vực số 1 và số 2

F0: diện tích triết giảm của hồ

+ Lưu vực chảy đi từ hồ số 2

q4-5= μq3(F1+F2+F3-F0’) (l/s)

Trong đó : F0 = (W1+ W2)/W0

+ Lưu lượng chảy đi từ hồ số 3

q6-7 = μq3(F1+F2+F3+F4-F0’’) (l/s)

Trong đó : F0’’= (W1+W2+W3)/W0

Nếu trường hợp có nhiều hồ trên cống thoát nước thì công thức tổng quát tính lưu lượng chảy đi từ

hồ sẽ là:

qi-1= μq1(∑F1+- F0’) (l/s)

Trong đó : F0’’ = ∑W1/W0 = ∑W1/0,06qt

Câu 3: Công thức cường độ mưa:

+ Các loại công thức cường độ mưa Phạm vi ứng dụng.

+ Tìm các thông số trong công thức cường độ mưa phù hợp với biểu đồ mưa đã cho ( Khu vực Hà Nội)

I Công thức tính cường độ mưa :

Cường độ mưa đặc trưng cho lượng nước mưa rơi xuống trong đơn vị thời gian trên một đơn vị diên tích , được đo bằng các máy móc, thiết bị khí tượng

Người ta phân biệt cường độ mưa theo chiều cao lớp nước ( I=h/t) và cường độ mưa theo thể tích (q,l/s.ha)

Cường độ mưa tính theo lớp nước là tỷ số giữa chiều cao lớp nước mưa rới xuống với thời gian mưa :

I= h/t , mm/ph (1)

Cường độ mưa tính theo thể tích là lượng nước mưa rơi xuống tính bằng l/s.ha:

q= 166,7.I , l/s.ha (2)

Trong đó : h - chiều cao lớp nước mưa , mm;

t - thời gian mưa , ph ;

166,7 – hệ số chuyển đổi cường độ mưa tính theo lớp nước sang cường độ mưa tính theo thể tích

Công thức tổng quát :

(1)

A i

t b

= +

t (phót)

i

3

Khi n=1 (2)

A i

t b

= +

Khi b = 0 n (3)

A i t

=

A,b,n : Các hằng số khí hậu phụ thuộc vào từng địa phương

A là hằng số phụ thuộc vào chu kỳ mưa xác định theo công thức:

A=At(1+clgP)

Có nhiều công thức và phương pháp khác nhau để tính toán cường độ mưa,nhưng thường dùng nhất là:

- Phương pháp biểu đồ và phân tích

- Phương pháp cường độ giới hạn của D.F.Gorbatrep

- Các công thức của Anh,Mỹ,Balan,Đức

- Các công thức của Việt Nam

I.1 Phương pháp biểu đồ và phân tích

Phương pháp biểu đồ và phân tích là một trong những phương pháp tính toán chính xác, có thể áp dụng cho tất cả các lưu vực , điều kiện địa hình khác nhau.Phương pháp này dựa trên cơ sở sắp xếp thống kê những tài liệu thực đo.Tuy nhiên, nó đòi hỏi phải có đầy đủ tài liệu về mưa trong nhiều năm của máy đo mưa tự ghi